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Máquinas Elétricas • Instrutor: Junio Henrique da Silva MÁQUINAS ELÉTRICAS • As máquinas elétricas estacionárias ou em repouso são os transformadores pois não possuem partes móveis. • As máquinas elétricas rotativas são os motores e os geradores, são denominadas rotativas por possuírem uma parte girante em relação a uma parte em repouso. MÁQUINAS ELÉTRICAS Máquinas Elétricas Rotativas Motores Geradores Estacionárias Transformadores MÁQUINAS ELÉTRICAS • Definição Os transformadores são equipamentos elétricos que modificam níveis de tensão, fornecendo-a de acordo com as necessidades dos circuitos elétricos ou eletrônicos. TRANSFORMADORES • Definição Os transformadores são classificados como: Transformador redutor ou abaixador: fornece na saída uma tensão menor que a da entrada; Transformador elevador: fornece na saída uma tensão maior que a da entrada; Transformador isolador: não altera o valor da tensão, são utilizados em caso específicos. TRANSFORMADORES • Características Os transformadores podem ser refrigerados a óleo isolante ou à seco. Os refrigerados a óleo são muito utilizados em transmissão e distribuição elétrica. Já os a seco são refrigerados pelo próprio ar e são muito utilizados em equipamentos eletrônicos. TRANSFORMADORES • Características Os transformadores são compostos essencialmente de núcleo e bobina. TRANSFORMADORES • Núcleo O núcleo é de aço e tem a finalidade de conduzir as linhas magnéticas geradas pelo transformador, formando um circuito magnético. TRANSFORMADORES • Núcleo O núcleo é de aço e tem a finalidade de conduzir as linhas magnéticas geradas pelo transformador, formando um circuito magnético. São fabricados com chapas laminadas de aço silício, montadas aos pares até completar sua largura total. TRANSFORMADORES • Núcleo TRANSFORMADORES • Bobinas As bobinas, também denominadas indutor, geram o campo eletromagnético dos transformadores. São feitas a partir de fios com isolação a verniz. Uma bobina é formada por diversas espiras, ou seja, várias voltas de fio enrolados em um carretel. TRANSFORMADORES • Bobinas Nos transformadores, tem dois tipos de bobinas: Bobina primária: alimentada pela tensão da rede; Bobina secundária: na qual retiramos a tensão para alimentar um equipamento ou carga elétrica. TRANSFORMADORES • Bobinas TRANSFORMADORES • Princípio de funcionamento Quando se tem uma corrente elétrica circulando em uma bobina, um campo magnético é gerado. Se a corrente elétrica for variável o campo magnético também será variável. Sendo assim, existe um movimento do campo magnético em relação ao condutor. TRANSFORMADORES • Princípio de funcionamento Se próximo a esta bobina (bobina primária ou bobina indutora) houver uma segunda bobina, esta também será cortada pelas linhas de força. Em consequência surgirá nesta segunda bobina uma tensão. Esta tensão é conhecida por tensão induzida, e seu valor depende de: TRANSFORMADORES • Princípio de funcionamento - Intensidade da tensão aplicada na bobina indutora; - Número de espiras da bobina indutora (primeira bobina); - Número de espiras da segunda bobina. TRANSFORMADORES • Transformador monofásico São alimentados por uma ou duas fases, muito utilizados em circuitos de potência, no comando de máquinas e nos equipamentos eletrônicos. Há transformadores monofásicos com mais de uma bobina no primário e/ou secundário, são denominados de transformadores de entrada e/ou saída múltiplas. TRANSFORMADORES • Transformador monofásico Simbologia: NBR 5444 NBR IEC 60617-6 TRANSFORMADORES • Instalação do transformador monofásico Antes de instalar um transformador é importante saber qual enrolamento é o de maior tensão e qual o de menor tensão. Isso pode ser feito testando a resistência ôhmica. A bobina que apresentar maior resistência será aquela que trabalha com maior tensão e a de menor resistência será a que trabalha com menor tensão. TRANSFORMADORES • Instalação do transformador monofásico Os transformadores monofásicos mais comuns possuem no primário três fios ou quatro fios. TRANSFORMADORES • Instalação do transformador monofásico Um transformador que possui o primário com três fios é denominado transformador com derivação central (Center Tap). É constituído por uma bobina para 220 V com uma derivação central que permite dividir o primário em duas partes, de modo que temos a opção de alimentá-lo com a metade da tensão, 110 V. TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES • Instalação do transformador monofásico Um transformador que possui o primário com quatro fios é constituído por dois enrolamentos de 110 V isolados entre si. A ordem de início e fim de cada um desses enrolamentos deve ser respeitada para evitar danos ao energizar o equipamento. TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES • Transformador trifásico Os transformadores trifásicos também são formados por um núcleo de chapas de aço silício, enrolamentos e terminais. Sua principal diferença está no núcleo, que possui três colunas nas quais são instaladas as bobinas primária e secundárias. São utilizados em redes de transmissão e distribuição de energia, industrias, hospitais, etc. TRANSFORMADORES • Transformador trifásico Simbologia: NBR 5444 NBR IEC 60617-6 TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES Os transformadores trifásicos podem ser construídos de duas maneiras: • banco trifásico (composto por 3 transformadores monofásicos). • núcleo trifásico (composto por um único núcleo – mononuclear). TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES Banco trifásico - A conexão em banco trifásico facilita a manutenção e substituição dos transformadores, porém com maior custo de investimento. Núcleo trifásico - Esta forma de ligação resulta em transformadores menores e mais baratos devido a necessidade de menos material ferromagnético, porém com menor flexibilidade de manutenção. TRANSFORMADORES Um transformador trifásico é constituído de pelo menos três enrolamentos no primário e três enrolamentos no secundário, os quais (como qualquer componente trifásico) podem ser conectados em Estrela (Y) ou Delta (∆). Por conseguinte, temos quatro possibilidades de ligação (conexão): TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES Relação de transformação A relação de transformação é dada pela razão entre a tensão do secundário e a tensão do primário. 𝑉𝑠 𝑉𝑝 TRANSFORMADORES Relação de potência A potência do primário (Pp) depende do valor de tensão e de corrente aplicada pela rede elétrica. A potência no secundário (Ps) é o produto da tensão no secundário e a corrente no secundário. Pp = Vp x Ip Ps = Vs x Is TRANSFORMADORES Número de espiras dos enrolamentos O número de espiras dos enrolamentos dos transformadores tem relação diretamente proporcional com a tensão em cada enrolamento. 𝑉𝑠 𝑉𝑝 = 𝑁𝑠 𝑁𝑝 TRANSFORMADORES Existe ainda a fórmula que relaciona a corrente elétrica em cada enrolamento com a tensão e o número de espiras de cada enrolamento. Nela podemos verificar que a corrente elétrica é inversamente proporcional ao número de espiras e a tensão nos enrolamentos. 𝑉𝑠 𝑉𝑝 = 𝑁𝑠 𝑉𝑠 = 𝐼𝑝 𝐼𝑠 TRANSFORMADORES Transformadores de corrente O transformador de corrente é um equipamento que auxilia os instrumentos de medição e proteção, para que possam funcionar de forma adequada e segura, sem que seja necessária que a corrente nominal venha ser a mesma necessária para funcionamento da carga. TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES No sistema trifásico, a rede elétrica dispõe de quatro condutores, três condutores de fase (R, S, T) e um condutor neutro. Assim como no sistema bifásico, as tensões tensões de fase e linha podem variar entre 127/220V ou 220/380Ve em algumas situações os sistemas trifásicos fornecerem em média potências de até 75KW (75000W), muito usado em indústria e comércios. CIRCUITOS TRIFÁSICOS O sistema elétrico é caracterizada por três ondas monofásicas que trabalham juntas, sendo que as fases estão defasadas no tempo de 120 graus. Assim a tensão é sempre muito próxima da tensão máxima disponível, devido a este deslocamento de 120 graus. CIRCUITOS TRIFÁSICOS A distribuição de energia elétrica na maior parte do mundo é feita por sistemas trifásicos, isso ocorre porque o sistema trifásico de fato oferece diversas vantagens quando comparado ao sistema monofásico, como podemos ver a seguir: CIRCUITOS TRIFÁSICOS • O sistema trifásico necessita de uma quantidade menor de cobre ou alumínio para entregar a mesma potência que um sistema monofásico entregaria, ou seja, condutores de menor secção. • Os geradores trifásicos são menores e mais leves que seus equivalentes monofásicos por usarem com maior eficiência seus enrolamentos. • Os motores trifásicos são menores que os motores monofásico equivalentes, ou seja, de mesma potência elétrica. CIRCUITOS TRIFÁSICOS • Devido ao campo girante produzido pelas três fases, os motores elétricos trifásicos partem sem a necessidade de dispositivos especiais, enquanto os motores monofásicos exigem um enrolamento extra de partida. • Motores trifásicos produzem um torque constante e por isso são menos sujeitos à vibrações, o que não é possível nos motores monofásicos; • Em comparação aos retificadores monofásicos, os retificadores trifásicos apresentam menores ondulações na tensão retificada, ou seja, a tensão de ripple é menos (ripple). CIRCUITOS TRIFÁSICOS • A potência total em um sistema trifásico nunca é nula, porque no sistema monofásico a potência elétrica sempre é anulada quando a tensão elétrica ou a corrente elétrica passam pelo zero. • Com o sistema trifásico é a forma mais eficiente de distribuir energia elétrica a longas distâncias e permite que grandes equipamentos industriais operem com mais eficiência. CIRCUITOS TRIFÁSICOS As grandezas elétricas tensão e corrente (V e I, respetivamente) alternadas trifásicas, são geradas nos alternadores, havendo um desfasamento entre si de 120° entre os polos de cada uma das fases. Estas grandezas podem ser representadas por senoides, em função do tempo (t) ou por vetores. CIRCUITOS TRIFÁSICOS CIRCUITOS TRIFÁSICOS A designação das fases em baixa tensão (BT) é definida de acordo com as Normas IEC (L1; L2; L3), em média tensão (MT) tanto podem ser designadas de formal igual à BT, como por índice horário (0; 4; 8), de acordo com a representação vetorial e, em extra alta e alta tensão (EAT e AT) pelo índice horário. CIRCUITOS TRIFÁSICOS A tensão entre uma fase e o neutro designa-se por tensão simples (Us), e a tensão entre fases por tensão composta (Uc); a relação entre estas tensões é a seguinte: Uc = √3 x Us CIRCUITOS TRIFÁSICOS A classificação dos níveis de tensão difere de país para país, razão pela qual devem ser referidos os valores das tensões normalizadas, de acordo com a Norma IEC 60038, que correspondem aos valores máximos de tensão suportados pelos equipamentos . CIRCUITOS TRIFÁSICOS Características das grandezas senoidais As grandezas senoidais, como a tensão e a corrente caracterizam-se pelos seguintes parâmetros que estão representados na figura referida, onde igualmente se indica a respetiva definição e relação entre eles: Valor de crista (Vmax; Imax – unidade: V e A, respetivamente) Valor eficaz (Vef; Ief – unidade: V e A, respetivamente) Amplitude de onda (VSS; ISS) Período (T – unidade: s) Frequência (f – unidade: Hz) CIRCUITOS TRIFÁSICOS CIRCUITOS TRIFÁSICOS Os sistemas trifásicos podem ser ligados em estrela (Y), ou em triângulo (Δ). CIRCUITOS TRIFÁSICOS Na ligação em estrela a tensão na linha é igual à tensão simples, enquanto na ligação em triângulo a tensão na linha é igual à tensão composta. A relação entre as tensões na linha (VL) e na fase (VF) e as correntes na linha (IL) e na fase (IF) são expressas pelas equações: CIRCUITOS TRIFÁSICOS Ligação Tensão Corrente Estrela VL = √3 x VF IL = IF Triângulo VL = VF IL = √3 x IF Desfasagem entre correntes e tensões, potências elétricas e fator de potência. A existência de componentes indutivos e capacitivos nas redes e equipamentos, causa uma desfasagem entre a corrente e a tensão, podendo aquela estar em atraso (quando predomina o componente indutivo) ou em avanço (quando predomina o componente capacitivo). CIRCUITOS TRIFÁSICOS CIRCUITOS TRIFÁSICOS A desfasagem, que é representada por um ângulo (φ), que causa que a potência ativa (notação P) seja inferior à potência fornecida, a potência aparente (notação S), sendo a diferença entre aquelas potências a potência reativa (notação Q). CIRCUITOS TRIFÁSICOS O cos φ designa-se por fator de potência, variando entre “0” e “1”. As equações que exprimem as potências aparente, ativa e reativa, nos sistemas trifásicos são: Potência aparente: S = √3 x Uc x I = 3 x Us x I Potência ativa: P = S x cos φ= √3 x Uc x I x cos φ = 3 x Us x I x cos φ Potência reativa: Q = S x sin φ = √3 x Uc x I x sin φ = 3 x Us x I x sin φ CIRCUITOS TRIFÁSICOS Um fator de potência baixo, de que os motores elétricos são um dos principais responsáveis, para além de ser penalizado pelas concessionárias das redes de distribuição de energia elétrica, tem consequências na exploração das redes, públicas e privadas, das quais se destacam: • Sobredimensionamento dos transformadores. • Correntes mais elevadas nos cabos, causando maiores perdas por efeito de Joule e maiores quedas de tensão. • Menor potência disponível. • Redução da qualidade de serviço e do rendimento das instalações. CIRCUITOS TRIFÁSICOS Compensação do fator de potência Em vários países a energia reativa é faturada pela concessionária da rede de distribuição de energia com base em três escalões, com contabilização diária de energia reativa consumida. Valores habituais desses escalões são os correspondentes a: 1º Escalão: 0,3 ≤ tg φ ˂ 0,4 (0,93 ˂ cos φ ≤ 0,95). 2º Escalão: 0,4 ≤ tg φ ˂ 0,5 (0,89 ˂ cos φ ≤ 0,93). 3º Escalão: tg φ ≥ 0,5 (cos φ ≤ 0,89). CIRCUITOS TRIFÁSICOS Para evitar as penalizações e otimizar a instalação é necessário proceder à compensação do fator de potência, instalando bancos de capacitores, para o que é necessário: • Dimensionar o banco de capacitores, isto é, calcular a sua potência reativa (Q). • Definir o tipo de compensação e a localização do(s) banco(s). • Definir o método de comando e controle. CIRCUITOS TRIFÁSICOS O dimensionamento do banco é feito através da seguinte equação: Q (kVAr) = P (kW) x (tg φ1 – tg φ2) Onde: P é a potência ativa da instalação. φ1 é a desfasagem da instalação. φ2 é a desfasagem pretendida. CIRCUITOS TRIFÁSICOS Cada fase dos bancos de capacitores é constituída por conjuntos de capacitores, sendo cada conjunto ligado em série. As três fases são depois ligadas em estrela com o ponto de neutro ligado à terra. CIRCUITOS TRIFÁSICOS A correção do fator de potência em instalações BT pode ser feita das seguintes formas: • Centralizada: apenas um banco de capacitores é instalado, junto do QE (quadro de entrada) da instalação. • Descentralizada: são instalados bancos de capacitores junto aos quadros parciais (QP) da instalação que alimentam os equipamentos responsáveis pelo valor baixo do fator de potência. • Localizada: os bancos de capacitores são instaladas junto dos equipamentos responsáveis pelo valor baixo do fator de potência. CIRCUITOS TRIFÁSICOS Os bancos de capacitores, para evitar a injeção de energia reativa na rede, o que também é penalizado pelas concessionárias, são normalmente divididos em escalões, para ajustar o valor da energia reativa de compensação às cargas. A entradae saída dos escalões é feita através de um relé varimétrico. CIRCUITOS TRIFÁSICOS CIRCUITOS TRIFÁSICOS No caso de instalações MT os bancos de capacitores são habitualmente ligadas no Quadro de Média Tensão (QMT) de entrada da instalação e não têm escalões, utilizando-se o número de bancos, cujas potências são determinadas pelo cálculo, de acordo com a evolução do consumo diário de energia reativa, fazendo-se o comando de entrada e saída das diversas bancos de capacitores através de um IED, que desempenha também a função de proteção dos bancos. CIRCUITOS TRIFÁSICOS IED (Intelligent Eletronic Device): unidade eletrônica microprocessada, atendendo à Norma IEC 61850, que tem cerca de 5 a 12 funções de proteção, 5 a 8 funções de comando e controle, medidas de grandezas elétricas e portas de comunicação. CIRCUITOS TRIFÁSICOS Queda de tensão Os componentes resistivas e indutivas dos cabos e linha aéreas provocam nos circuitos quedas de tensão (notação: ΔU) que podem causar mau funcionamento dos equipamentos. Os valores máximos das quedas de tensão admissíveis nas redes de distribuição e nas instalações de utilização são definidos nas normas e regulamentos aplicáveis, que no Brasil é a Norma NBR 5410 (Capítulo 6.2.7). CIRCUITOS TRIFÁSICOS Deve referir-se ainda que no caso dos motores elétricos a queda de tensão não pode ultrapassar 5% em funcionamento normal e 10% no arranque. As expressões que permitem calcular a queda de tensão são: Circuitos monofásicos ΔU = 2 x (R.cos φ + X.sen φ) x I [V] Circuitos trifásicos ΔU = √3 x (R.cos φ + X.sen φ) x I [V] CIRCUITOS TRIFÁSICOS Onde: I é a corrente. R é a resistência do cabo de alimentação. X é a reatância indutiva do cabo de alimentação. φ é a desfasagem. A queda de tensão exprime-se habitualmente em [%], sendo calculada pela expressão: ΔU [%] = ΔU [V] x 100 / U [V] CIRCUITOS TRIFÁSICOS Componentes simétricos As redes e equipamentos têm uma impedância interna que pode ser dividida em três componentes simétricas, associadas à rotação do campo eletromagnético, que no caso de um sistema não equilibrado são as seguintes: CIRCUITOS TRIFÁSICOS • Componente direta ou síncrona (Xd/ Zd) – o campo eletromagnético gira no sentido dos ponteiros do relógio (sentido direto), com uma desfasagem entre fases de 120°. • Componente inversa (Xi / Zi) – o campo eletromagnético gira no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio (sentido retrógrado), sendo a desfasagem igualmente 120°. • Componente homopolar (X0 / Z0) – o campo eletromagnético é estático e não há desfasagem entre fases. CIRCUITOS TRIFÁSICOS CIRCUITOS TRIFÁSICOS O sistema desequilibrado é dividido nas suas componentes simétricas, resolvendo-se individualmente cada sistema, sobrepondo-se os resultados para se obter a solução final. Os valores de cada uma das componentes são habitualmente fornecidos pelos fabricantes dos equipamentos das redes, sendo prática comum, para equipamento estático, não rotativo, considerar a componente inversa igual à componente direta: Xd = Xi ———- Zd = Zi. CIRCUITOS TRIFÁSICOS A componente homopolar varia com o método de aterramento do neutro da instalação e com o tipo de equipamento. CIRCUITOS TRIFÁSICOS Harmônicas A existência de cargas não lineares, designadamente os fornos a arco, utilizados na indústria de fundição de metais, máquinas de soldar a arco e os equipamentos eletrônicos de potência, tais como os retificadores (designadamente os utilizados em tração elétrica) e os conversores estáticos, podem induzir outras tensões (ou correntes) com frequências múltiplas da frequência fundamental (habitualmente múltiplos de ordem ímpar) que são as harmônicas, isto é: 3ª harmônica – 150 Hz ou 180 Hz; 5ª harmônica – 250 Hz ou 300 Hz; 7ª harmônica – 350 Hz ou 420 Hz; etc. CIRCUITOS TRIFÁSICOS CIRCUITOS TRIFÁSICOS Harmônicas A existência de cargas não lineares, designadamente os fornos a arco, utilizados na indústria de fundição de metais, máquinas de soldar a arco e os equipamentos eletrônicos de potência, tais como os retificadores (designadamente os utilizados em tração elétrica) e os conversores estáticos, podem induzir outras tensões (ou correntes) com frequências múltiplas da frequência fundamental (habitualmente múltiplos de ordem ímpar) que são as harmônicas, isto é: 3ª harmônica – 150 Hz ou 180 Hz; 5ª harmônica – 250 Hz ou 300 Hz; 7ª harmônica – 350 Hz ou 420 Hz; etc. CIRCUITOS TRIFÁSICOS • Definição: É uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. Os motores elétricos em geral são divididos em dois grupos: – Motores de Corrente contínua – Motores de corrente alternada MOTORES ELÉTRICOS • Motores CC São motores de custo elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta corrente alternada em contínua. MOTORES ELÉTRICOS • Motores CA São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. MOTORES ELÉTRICOS • Motor Síncrono x Motor Assíncrono Motor Síncrono: É o motor elétrico cuja velocidade de rotação é sincronizada com a frequência da sua alimentação. Motor Assíncrono: É o motor que gira a uma velocidade muito próxima à velocidade síncrona, ou seja, muito próximo ao sincronismo com a frequência da rede de alimentação. MOTORES ELÉTRICOS • Motor Síncrono Vantagens: Mais econômico em elevadas potências; Bom rendimento, mesmo trabalhando com carga parcial; Rotação rigorosamente constante com a frequência de alimentação. MOTORES ELÉTRICOS • Motor Síncrono Desvantagens: Alto custo de aquisição; Fabricação somente por encomenda; Enrolamento de campo no rotor necessita de corrente contínua; Exige mais manutenção do que os motores de indução; Utilizado somente para grandes potências. MOTORES ELÉTRICOS • Motor Assíncrono Vantagens Baixo custo de aquisição; Baixo custo de manutenção; Longa vida útil. MOTORES ELÉTRICOS • Motor Assíncrono Desvantagens Alta corrente de partida; Necessita de inversor de frequência para controle da velocidade; Baixo fator de potência. MOTORES ELÉTRICOS Como, muitas vezes, não há disponibilidade de fornecimento de tensão trifásica, como, por exemplo, no meio rural, pode-se aplicar motores monofásicos que são alimentados com tensão monofásica (Fase + Neutro ou Fase + Fase) MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO O motor monofásico assíncrono é constituído de: - Estator - parte fixa, onde se localizam as bobinas. - Rotor gaiola de esquilo - parte móvel. MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO Estator MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO Rotor gaiola de esquilo MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Princípio de funcionamento Os motores monofásicos possuem apenas uma bobina de trabalho no estator. Essa bobina gera um campo magnético não girante. O campo magnético do estator gera uma corrente induzida no rotor. O campo gerado no rotor é de polaridade oposta à do estator. MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO Para dar o giro inicial do rotor, são usados dois tipos de partida: 1- De campo distorcido 2- De fase auxiliar ou fase dividida MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Motor de Campo Distorcido Constituição: – Rotor tipo gaiola de esquilo – Estator (parte fixa) – Anel de cobre ou espira em curto circuito MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Motor de Campo Distorcido Principais características: – Processo de partida simples, confiável e econômico, sem capacitor ou chave de partida; – Baixo torque de partida; – Baixo rendimento; – Baixo fator de potência; – Fabricados apenas em pequenas potências (máximo até ¼ de CV). MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Motor de Campo Distorcido Funcionamento: Uma parte de cada pólo é abraçada por uma espira de cobre em curto- circuito. Acorrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não abraçada. Resultando em um campo magnético girante que se move da parte não abraçada para a parte abraçada do pólo. Este tipo de motor possui apena um sentido de rotação. MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Motor de Fase Auxiliar É o motor monofásico de mais larga aplicação. No estator há dois enrolamentos: ◦Bobina de Trabalho: fica ligada durante todo funcionamento do motor ◦Bobina de Partida ou auxiliar: só atua durante a partida. Esse enrolamento é desligado por um dispositivo automático depois que o motor atinge uma certa velocidade. MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Motor de Fase Auxiliar Motor de fase dividida; Motor monofásico com capacitor de partida; Motor monofásico com capacitor permanente; Motor monofásico com dois capacitores. MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Motor de Fase Auxiliar Princípio de funcionamento: Possui um enrolamento principal e um auxiliar (para partida). Ambos defasados 90º no espaço. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz um conjugado necessário para a rotação inicial e a aceleração. MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Motor de Fase Auxiliar Quando atinge uma velocidade predeterminada o enrolamento auxiliar é desconectado da rede por uma chave centrífuga. Limitado à potências de até 1/3 CV, possui baixo torque de partida devido ao pequeno ângulo de defasagem entre correntes do enrolamento principal e auxiliar. MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO • Motor com Capacitor de Partida Semelhante ao fase dividida. A principal diferença é a inclusão de um capacitor em série com o enrolamento auxiliar de partida. O capacitor permite uma maior defasagem entre as corrente do enrolamento principal e do de partida, com isso, eleva o conjugado(torque) de partida. O circuito é desconectado quando o motor atinge aproximadamente 80% de sua velocidade nominal. Fabricado em potências de ¼ cv até 15 cv. MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO MOTORES MONOFÁSICO ASSÍNCRONO Os motores trifásicos não necessitam de circuito auxiliar de partida e normalmente possuem um enrolamento por fase. MOTORES TRIFÁSICOS O motor de indução trifásico de rotor gaiola de esquilo é composto basicamente por: –Estator: que compreende a carcaça e o núcleo. –Rotor ou induzido: parte móvel do motor. Montagem do motor trifásico MOTORES TRIFÁSICOS https://www.youtube.com/watch?v=xGW3RHVGBmA https://www.youtube.com/watch?v=xGW3RHVGBmA https://www.youtube.com/watch?v=xGW3RHVGBmA https://www.youtube.com/watch?v=xGW3RHVGBmA https://www.youtube.com/watch?v=xGW3RHVGBmA https://www.youtube.com/watch?v=xGW3RHVGBmA https://www.youtube.com/watch?v=xGW3RHVGBmA Quando a corrente alternada trifásica é aplicada aos enrolamentos do estator do motor assíncrono de CA, produz-se um campo magnético rotativo (campo girante). As bobinas estão defasadas em 120º. MOTORES TRIFÁSICOS As corrente nos três enrolamentos estão defasados em 120º, e os três campos magnéticos apresentam a mesma defasagem. Os três campos magnéticos combinam-se e resulta em um campo único cuja posição varia com o tempo. O esquema a seguir mostra como agem as três correntes para produzir o campo magnético rotativo num motor trifásico. MOTORES TRIFÁSICOS MOTORES TRIFÁSICOS Campo magnético resultante: MOTORES TRIFÁSICOS Princípio de funcionamento do MIT MOTORES TRIFÁSICOS https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo https://www.youtube.com/watch?v=2mMx1AsNyJo Vantagens: Baixo custo de aquisição; Bom torque de partida; Baixo custo de manutenção; Velocidade próxima ao sincronismo da frequência da rede. MOTORES TRIFÁSICOS Desvantagens: Necessidade de inversor de frequência para controle de velocidade; Alta corrente de partida; Baixo fator de potência. MOTORES TRIFÁSICOS • Tipos de ligação No estator do motor assíncrono de CA, estão alojados três enrolamentos referentes às três fases. Estes três enrolamentos estão montados com uma defasagem de 120º. Estes enrolamentos podem apresentar 3, 6, 9 ou 12 terminais, que permite vários tipos de ligação em estrela ou em triângulo, série ou paralelo. MOTORES TRIFÁSICOS • Tipos de ligação Na a ligação triângulo, a tensão sobre os enrolamentos é a mesma da tensão de rede, enquanto que a corrente se divide. Para a ligação estrela, a tensão de rede é dividida entre os enrolamentos enquanto que a corrente é a mesma. MOTORES TRIFÁSICOS • Tipos de ligação Para a ligação triângulo: Para a ligação estrela: MOTORES TRIFÁSICOS • Tipos de ligação Para o motor, o que é inalterável é a tensão sobre os enrolamentos, que é a mesma para ambas ligações. Então, para um motor ligado em triângulo com uma tensão de 220 V (que é a tensão sobre o enrolamento), para ser ligado em estrela deverá ser ligado numa rede de 380 V, a fim de que se tenha os mesmos 220 V sobre os enrolamentos. MOTORES TRIFÁSICOS Três Terminais: Este tipo de ligação serve para um único valor de tensão nominal, o seu fechamento é feito internamente pelo fabricante. MOTORES TRIFÁSICOS Seis Terminais: Este tipo de ligação exige seis terminais do motor, e serve para quaisquer tensões nominais duplas, desde que a segunda seja igual à primeira multiplicada por √3 . MOTORES TRIFÁSICOS Seis Terminais: 380V ou 760V (Y) 220V ou 440V (Δ) MOTORES TRIFÁSICOS Nove Terminais: Este tipo de motor de nove terminais, permite aplicar dois níveis de tensão, sendo a segunda o dobro da primeira. Existem basicamente dois tipos de religações para estes motores: estrela/duplo-estrela e triângulo/duplo-triângulo. MOTORES TRIFÁSICOS Nove Terminais: MOTORES TRIFÁSICOS Doze Terminais: Os motores de doze terminais não possuem ligações internas entre bobinas, o que possibilita os quatro tipos de religação externamente no motor. As possíveis são 220, 380, 440 e 760*V (*somente para partida). MOTORES TRIFÁSICOS Doze Terminais: MOTORES TRIFÁSICOS • Velocidade síncrona O Motor de indução funciona normalmente com velocidade constante proporcionada pelo campo magnético girante, logo a velocidade do campo é chamada de velocidade síncrona, e é em função de, basicamente, dois fatores, são eles: MOTORES TRIFÁSICOS • Velocidade síncrona - Polos Magnéticos gerados em função de sua construção física; - Frequência da rede elétrica a qual está instalado. MOTORES TRIFÁSICOS • Escorregamento Alguns fatores faz com que a velocidade real no eixo do motor deixe de ser exatamente a velocidade do campo magnético girante. MOTORES TRIFÁSICOS • Escorregamento Por natureza, o motor elétrico trifásico possui uma diferença entre a velocidade do campo magnético girante (Ns) e a velocidade real em seu rotor (N) este fato se dá em função de um fenômeno chamado escorregamento e é fornecido pelo fabricante do motor podendo variar de motor para motor. MOTORES TRIFÁSICOS • Escorregamento MOTORES TRIFÁSICOS • Fator de potência É indicado usualmente pela expressão e representa o ângulo de defasagem da tensão em relação à corrente, além de representar a relação entre a potência real P (ativa, efetivamente transformada em trabalho) e a potência aparente S. MOTORES TRIFÁSICOS • Fator de potência A potência aparente é a soma vetorial da potência ativa e da potência reativa Q, potência esta que não realiza trabalho e é transferida e armazenada nos elementos passivos (capacitorese indutores) do circuito. MOTORES TRIFÁSICOS • Fator de potência MOTORES TRIFÁSICOS EXERCÍCIOS Uma medição realizada em um motor de indução trifásico, de 440 V, mostrou os seguintes valores: • Potência ativa: 65 kW • Corrente: 106,6 A • Tensão: 440 V Verifique se o fator de potência desse motor está dentro dos valores permitidos por norma (> 0,92) EXERCÍCIOS Dado um motor com as seguintes características: P=15 cv / Vn = 380V / FP=0,88 / rendimento= 0,93 / 1800 rpm / trifásico, corrigir o seu fator de potência para 0,95. EXERCÍCIOS Qual o rendimento de um motor que fornece 75kW no eixo e retira 90kW da rede? EXERCÍCIOS Quando operando em regime permanente, um motor de indução monofásico desenvolve um torque de 12,1878 N.m a 1730 rpm. Sabendo-se que este motor possui alimentação em 150 V, fator de potência 0,85 e rendimento de 88 % calcule: a) a corrente nominal da máquina; b) a potência da máquina em cv; c) o escorregamento sabendo-se que a máquina possui 4 polos. EXERCÍCIOS Determine a corrente nominal para um motor de 15 HP, trifásico, 220 V entre fases, fator de potência 0,9 indutivo e rendimento de 82 %. • Rendimento Também conhecido pelo símbolo η, representa a relação entre a potência real ou útil Pu (efetivamente transferida para a ponta do eixo) e a potência total absorvida da rede Pa, ambas são potências ativas. MOTORES TRIFÁSICOS • Rendimento MOTORES TRIFÁSICOS • Placa de identificação Todo motor elétrico possui uma placa identificadora colocada pelo fabricante de acordo com a norma NBR 7094, ela contém informações que determinam as características nominais e de desempenho dos motores. MOTORES TRIFÁSICOS • Placa de identificação MOTORES TRIFÁSICOS Weg significa a marca do fabricante do motor, NBR 7094 é a norma que fixa os requisitos básicos a serem atendidos pelos motores de indução. MOTORES TRIFÁSICOS ~3 - Indica um motor trifásico de corrente alternada; 250 S/M - Essa é a identificação da carcaça do motor elétrico; 11/01 - Data de fabricação do motor; AY53872 - Codificação e número de série da fabricação do motor. MOTORES TRIFÁSICOS Motor de indução-gaiola - indica a descrição do motor; 60HZ - Frequência da rede elétrica que se aplica a este motor. MOTORES TRIFÁSICOS Conjugado - A medida que o motor vai acelerando, o valor do conjugado altera, adquirindo valores que vão depender das características de construção do motor (normalmente do formato do rotor) MOTORES TRIFÁSICOS Existem três categorias de conjugados definidos por norma que determinam a relação do conjugado com a velocidade e a corrente de partida dos motores trifásicos, sendo cada uma adequada a um tipo de carga. MOTORES TRIFÁSICOS Categoria N – conjugado de partida normal, corrente de partida normal, baixo escorregamento. A maior parte dos motores encontrados no mercado pertencem a esta categoria, e são indicados para o acionamento de cargas normais como bombas e máquinas operatrizes. MOTORES TRIFÁSICOS Categoria H – conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento. Empregado em máquinas que exigem maior conjugado na partida como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inércia e outros. MOTORES TRIFÁSICOS Categoria D – conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento (superior a 5%). Usado em prensas concêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos, em elevadores e cargas que necessitem de conjugados de partida muito altos e corrente de partida limitada. MOTORES TRIFÁSICOS MOTORES TRIFÁSICOS FS 1.00 - Significa o fator de serviço em que o motor poderá exceder sua carga nominal, este não tem, só tem os que possuem fator de serviço de 1.15; é só multiplicar a corrente nominal pelo Fs: Fator de serviço. MOTORES TRIFÁSICOS KW(HP-CV)75(100) - Indica a potência do motor elétrico em KW e CV. RPM - Indica a rotação nominal do motor elétrico. MOTORES TRIFÁSICOS ISOL - Indica a classe de isolamento da bobina do motor, exemplo: Classe = ISOL F significa que a bobina deste motor suporta uma temperatura de até 155 °C. Existem outras classes, são elas: CLASSE A - 105°C; CLASSE E - 120°C; CLASSE B - 130°C; CLASSE F - 155°C; CLASSE H - 180°C. MOTORES TRIFÁSICOS Os motores elétricos solicitam da rede de alimentação, durante a partida, uma corrente de valor elevado, da ordem de 6 a 10 vezes a corrente nominal. A corrente é representada na placa de identificação pela sigla Ip/In (corrente de partida / corrente nominal). MOTORES TRIFÁSICOS 220/380/440V - Tensões nominais em que o motor poderá ser ligado. Correntes nominais - 245 - corrente nominal em 220V; 142 - corrente nominal em 380V; 123 - corrente nominal em 440V. MOTORES TRIFÁSICOS Regime de serviço - Define a regularidade da carga a que o motor é submetido. A escolha do tipo do motor deve ser feita pelo fabricante da máquina a ser acionada, comprando o motor mais adequado a seu caso. Quando os regimes padrões não se enquadram exatamente com o perfil da máquina, deve escolher um motor para condições no mínimo mais exigentes que a necessária. MOTORES TRIFÁSICOS Os regimes padronizados estão definidos a seguir: - reg. contínuo (S1) - reg. de tempo limitado (S2) - reg. intermitente periódico (S3) - reg. intermitente periódico com partidas (S4) - reg. intermitente periódico com frenagem elétrica (S5) - reg. contínuo com carga intermitente (S6) MOTORES TRIFÁSICOS - reg. contínuo com frenagem elétrica (S7) - reg. contínuo com mudança periódica na relação carga/velocidade de rotação (S8) - reg. especiais. Nas placas dos motores consta seu tipo de regime (Sx). Alguns regimes são acompanhados de dados suplementares (Exemplo: S2 60 minutos). MOTORES TRIFÁSICOS Grau de proteção - É a indicação das características física dos equipamentos elétricos, referenciando-se a permissão da entrada de corpos estranhos para seu interior. É definido pelas letras IP seguidas por dois algarismos que representam: MOTORES TRIFÁSICOS 1º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental 0 - sem proteção 1 - corpos estranhos de dimensões acima de 50 mm 2 - corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm 4 - corpos estranhos de dimensões acima de 1 mm 5 - proteção contra acúmulo de poeiras prejudicial ao equipamento 6 - proteção total contra a poeira MOTORES TRIFÁSICOS 2º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de água no interior do equipamento: 0 - sem proteção 1 - pingos de água na vertical 2 - pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical 3 - água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical 4 - respingos de todas as direções 5 - jatos de água de todas as direções 6 - água de vagalhões 7 - imersão temporária 8 - imersão permanente MOTORES TRIFÁSICOS Fechamento dos terminais – Apresenta o diagrama para ligação dos terminais do motor de acordo com o nível de tensão que mesmo irá trabalhar. MOTORES TRIFÁSICOS A energia elétrica absorvida da rede por um motor elétrico é transformada em energia mecânica disponível no eixo. A potência ativa fornecida pela rede não será cedida na totalidade como sendo potência mecânica no eixo do motor. A potência cedida sofre uma diminuição relativa as perdas que ocorrem no motor. O rendimento define a eficiência desta transformação sendo expresso por um número (<1) ou em percentagem. MOTORES TRIFÁSICOS • Motor Dahlander É um motor elétrico trifásico que permite seu acionamento em duas velocidades distintas. As velocidades, que estão relacionadas ao número de rotações no motor, são conseguidas com a estruturação dos enrolamentos do estator deste motor em dois conjuntos promovendo uma relação de 1:2. Ou seja, em umaforma de ligação o número de pólos é duas vezes maior que a outra. MOTORES DE DUAS VELOCIDADES • Motor Dahlander A ligação Dahlander permite uma relação de pólos de 1:2 o que corresponde a mesma relação de velocidade. Quando a quantidade de pólos é maior a velocidade é mais baixa, quando é menor a velocidade é mais alta. MOTORES DE DUAS VELOCIDADES • Motor Dahlander As velocidades mais utilizadas em 60Hz na conexão Dahlander são : Velocidades 450 / 900; 900 / 1800; 1800 / 3600 (RPM), XVI e VIII pólos; VIII e IV pólos; IV e II pólos respectivamente. MOTORES DE DUAS VELOCIDADES • Motor Dahlander Existem três tipos de arranjos de ligação, que fornecem três situações: Conjugado constante, Potência constante e Conjugado variável. A escolha depende do tipo de carga que será acionada. Por exemplo: nas bombas centrífugas e ventiladores, o conjugado aumenta quadraticamente com a velocidade, portanto é variável. MOTORES DE DUAS VELOCIDADES MOTORES DE DUAS VELOCIDADES • Motor com enrolamentos separados Este tipo de motor possui na mesma carcaça dois enrolamentos independentes e bobinados com números de pólos diferentes. Ao alimentar um ou outro, se terá duas rotações, uma chamada baixa e outra, alta. MOTORES DE DUAS VELOCIDADES MOTORES DE DUAS VELOCIDADES • Motor com enrolamentos separados Este tipo de motor possui na mesma carcaça dois enrolamentos independentes e bobinados com números de pólos diferentes. Ao alimentar um ou outro, se terá duas rotações, uma chamada baixa e outra, alta. MOTORES DE DUAS VELOCIDADES • Motor com enrolamentos separados As rotações dependerão dos dados construtivos do motor, não havendo relação obrigatória entre baixa e alta velocidade. Exemplos: 6/4 pólos (1200 /1800 rpm); 12/4 pólos (600/1800 rpm), etc. • Motor com enrolamentos separados MOTORES DE DUAS VELOCIDADES ACIONAMENTO CONVENCIONAL – Conhecido como partidas convencionais de motores, utilizam – se de dispositivos eletromecânicos para o acionamento (partida) do motor (ex. contatores eletromecânico, interruptores mecânicos, etc.). ACIONAMENTO ELETRÔNICO – conhecidos como partidas eletrônicas de motores, utilizam – se de dispositivos eletrônicos que realizam o acionamento do motor (ex. softstarters , inversores de frequência, etc.). COMANDOS ELÉTRICOS 1. DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO PARA MOTORES: 1.1 – Fusíveis; 1.2 - Relé Térmico; 1.3 – Disjuntores Motores. 2. DISPOSITIVOS DE COMANDO, SINALIZAÇÃO E AUXILIARES: 2.1 – Botoeiras e Chaves Manuais; 2.2 – Contatores; 2.3 – Relés Temporizadores; 2.4 – Relés Protetores; 2.5 – Sinalizadores Visuais e Sonoros . COMANDOS ELÉTRICOS 3. MOTORES DE INDUÇÃO: 3.1 – Motores Monofásicos; 3.2 – Motores Trifásicos. 4. SOFT-STARTER 5. INVERSOR DE FREQUÊNCIA COMANDOS ELÉTRICOS Os dispositivos de proteção tem como finalidade a proteção de equipamentos, circuitos eletroeletrônicos , máquinas e instalações elétricas, contra alterações da tensão de alimentação e intensidade da corrente elétrica. Fusíveis – São dispositivos cuja principal característica é a proteção contra curto-circuito (aumento brusco da intensidade da corrente elétricas ocasionada por falha no sistema de energia ou operação máquina/operador). DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO Relé – são dispositivos projetado com a característica de proteger os equipamentos contra a sobrecarga (aumento da intensidade da corrente elétrica de forma gradual). Disjuntores Motores – São dispositivos que realizam a proteção contra curto-circuito e sobrecarga (proteção térmica e magnética). Possuem knob para o ajuste da proteção da intensidade de corrente (ajuste da proteção térmica). COMANDOS ELÉTRICOS Conforme as Normas DIN 57636 E VDE 0636 são componentes cuja a função principal é a proteção dos equipamentos e fiação (barramentos) contra curto-circuito, atuando também como limitadores das correntes de curto-circuito. FUSÍVEIS Classe Funcional dos Fusíveis A IEC utiliza a montagem com 2 letras, sendo que a primeira letra, denomina a "Faixa de Interrupção" , ou seja, que tipo de sobrecorrente o fusível irá atuar, que são elas: g - Atuação para sobrecarga e curto, fusíveis de capacidade de interrupção em toda faixa; a - Atuação apenas para curto-circuito, fusíveis de capacidade de interrupção em faixa parcial. FUSÍVEIS A segunda letra, denomina a "Categoria de Utilização", ou seja, que tipo de equipamento o fusível irá proteger, que são elas: L/G - Cabos e Linhas/Proteção de uso geral; M - Equipamentos de manobra; R – Semicondutores; B - Instalações de minas; Tr – Transformadores. FUSÍVEIS Principais fusíveis utilizados no mercado: gL/gg - Fusível para proteção de cabos e uso geral (Atuação para sobrecarga e curto); aM - Fusível para proteção de motores; aR - Fusível para proteção de semicondutores. FUSÍVEIS Classificação dos Fusíveis quanto a velocidade de atuação: Ultra – Rápidos - Utilizados para a proteção de circuitos eletroeletrônicos, principalmente para a proteção de componentes semicondutores onde pequenas variações de corrente em curtíssimo espaço de tempo fazem o fusível atuar. Rápidos - Também utilizados para a proteção de circuitos com semicondutores e sua atuação é rápida suficiente para limitar o aumento da corrente num curto intervalo de tempo. FUSÍVEIS Normal - A atuação do fusível é mediana, tem como objetivo de proteção de circuito eletroeletrônico e circuito elétrico, utilizado de forma mais geral onde a proteção do circuito não necessite um tempo muito curto de atuação. Utilizado normalmente em circuitos com baixa indutância. Retardado - São fusíveis de atuação lenta. Utilizados para a proteção de circuitos elétricos, e tem como principal objetivo a proteção de circuitos com cargas indutivas (ex. motor) . Esta característica permite que o fusível não atue no pico de corrente provocado pela partida do motor. FUSÍVEIS FUSÍVEIS Para os acionamentos de motores principalmente utilizamos os Fusíveis tipos D e NH. É recomendável utilizar fusíveis do tipo D para até 63A e acima deste valor, fusíveis NH por questões econômicas. Fusível Tipo D – Os fusíveis tipo D (Diazed) podem ser de ação rápida ou retardada, são construídos para valores de no máximo 200 A. A capacidade de ruptura é de 70kA com uma tensão de 500V. FUSÍVEIS FUSÍVEIS Fusível Tipo NH - Podem ser de ação rápida ou retarda, suaconstrução permite valores padronizados de corrente que variam de 6 a 1000 e sua capacidade de ruptura é sempre superior a 70kA com uma tensão máxima de 500V FUSÍVEIS Valores padrões de corrente nominais dos fusíveis: Tipo D – 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50 e 63. Tipo NH – 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 224, 250, 315, 355, 400, 500, 630, 800, 1000 e 1250. FUSÍVEIS No dimensionamento de fusíveis, recomenda-se que sejam observados, no mínimo, os seguintes pontos: 1º Critério de escolha do Fusível - Devem suportar o pico de corrente (Ip) dos motores durante o tempo de partida (TP) sem se fundir. Com o valor de Ip e TP determina-se pelas curvas características dos fusíveis fornecidas pelos fabricantes o valor necessário do fusível, 1o critério. DIMENSIONAMENTO DOS FUSÍVEIS 2º Critério de escolha do Fusível – devem ser especificados com uma corrente superior a 20% acima do valor nominal da corrente (In) do circuito que irá proteger. Este procedimento preserva o fusível do envelhecimento prematuro, mantendo a vida útil do fusível. IF = 1,2 x In DIMENSIONAMENTO DOS FUSÍVEIS 3º Critério de escolha do Fusível– devem proteger também os dispositivos de acionamento (contatores e relés térmicos) evitando assim a queima destes. Para isso verifica-se o valor máximo do fusível admissível na tabela dos contatores e relés. IFmax é lido nas tabelas fornecidas pelos fabricantes. DIMENSIONAMENTO DOS FUSÍVEISO relé é um dispositivo utilizado para a proteção de circuitos em relação a sobrecarga, e diferentemente em relação aos fusíveis, que atuam uma única vez (queima do filamento), os relés atuam diversas vezes durante a sua vida útil, ou seja, eles atuam e não tem a necessidade de serem substituídos. Os relés utilizados comumente como dispositivos de segurança podem ser do tipo eletromagnéticos e Térmico. RELÉ TÉRMICO Relés Eletromagnéticos A atuação do dispositivo baseia-se na ação eletromagnética provocada pela circulação da corrente elétrica numa bobina. Os tipos de relés mais comuns são: Relé de mínima tensão; Relé de máxima corrente. DIMENSIONAMENTO DOS FUSÍVEIS Os relés de mínima tensão monitoram a tensão mínima admissível (limitar mínimo de tensão), são regulados aproximadamente em 80% do valor nominal da tensão. Quando a tensão for inferior a este, o relé atua e interrompe o circuito de alimentação. O relé de máxima corrente é utilizado para monitorar a circulação de corrente e quando ocorre o aumento de corrente acima do valor determinado o relé atua e interrompe o circuito de alimentação. DIMENSIONAMENTO DOS FUSÍVEIS Os relés térmicos tem como princípio de atuação a deformação de um bimetal. O bimetal é formado por duas lâminas de metais diferentes (normalmente ferro e níquel) cujo coeficiente de dilação é diferentes, e com o aumento da temperatura provocado pelo aumento da circulação de corrente pelo bimetal este se deforma. DIMENSIONAMENTO DOS FUSÍVEIS O disjuntor motor é um dispositivo desenvolvido para a proteção de motores, podem ser construídos apenas para a proteção de curto- circuito (magnéticos) ou termomagnético (curto-circuito e sobrecarga) . Possui ajuste na proteção de sobrecarga (térmico), este ajuste do térmico possibilita uma melhor atuação no caso de sobrecarga em relação a disjuntores com o térmico fixos. DISJUNTOR MOTOR DISJUNTOR MOTOR Exemplo: Motor trifásico de 3CV IV pólos 220V, carcaça 90L. Corrente nominal (In) de 8,18A (catálogo WEG). Disjuntor de 10A classe C (faixa de atuação de corrente de curto de 5 a 10 vezes a corrente nominal) ou classe D (faixa de atuação de corrente de curto acima de 10 vezes a corrente nominal); Disjuntor Motor WEG (MPW16-3-U010) ajustando o térmico em 8,5A; DISJUNTOR MOTOR Disjuntor Motor Siemens (3RV10 11-1JA10) ajustando o térmico em 8,5A. Para ambos os disjuntores motores a atuação da sobrecarga ocorrerá a partir de 8,5A, enquanto que para o disjuntor convencional a partir de 10A, ou seja, o ajuste do térmico dos disjuntores motores permite a atuação da proteção para valores próximos da nominal do motor. DISJUNTOR MOTOR DIMENCIONAMENTO DE FUSÍVEL DIMENCIONAMENTO DE FUSÍVEL DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEL Do gráfico acima, com o valor de 113,16A e tempo de partida de 5 segundos, observa-se que o fusível de 35A serve para a aplicação, pelo 1º critério de escolha do fusível. DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEL Levando em consideração o 2º critério de escolha tem-se: O fusível de 35A também satisfaz o 2º critério. DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEL Considerando o 3º critério, deve-se verificar se o relé e o contator para esta aplicação são compatíveis com este fusível, ou seja, se No caso da WEG, seriam o contator CWM18 e o relé RW27D (11....17A). DIMENCIONAMENTO DE FUSÍVEL DIMENSIONAMENTO DO RELÉ O relé térmico deve ser dimensionado pela corrente nominal do motor que está protegendo. Para o exercício anterior temos: In= 13,8A Corrente Nominal do Motor de 5CV Utilizando a Tabela de relés térmicos WEG temos: RW17-2D3U015 ou RW17-2D3U017 RW27-2D3U015 ou RW27-2D3U017 DIMENSIONAMENTO DO RELÉ DIMENSIONAMENTO DO DISJUNTOR MOTOR O Disjuntor motor também deve ser dimensionado pela corrente nominal do motor que está protegendo. Utilizando a Tabela de disjuntor Motor WEG temos: MPW16-3-U016 DIMENSIONAMENTO DO DISJUNTOR MOTOR Para o acionamento de um motor, necessita-se de um dispositivo que realize a operação de ligar e desligar o motor elétrico, como por exemplo as chaves manuais ou os botões manuais (botoeiras). As chaves manuais são os dispositivos de manobra mais simples e de baixo custo para realizar o acionamento do motor elétrico, podem acionar diretamente um motor ou acionar a bobina de um contator . BOTOERIAS E CHAVES MANUAIS Sua operação é bastante simples e funcionam como um interruptor que liga ou desliga o motor, normalmente utilizam- se de alavancas para realizar esta operação de liga/desliga. BOTOERIAS E CHAVES MANUAIS As botoeiras, como são conhecidas, são outra forma de acionamento de motores por meio manual e servem para energizar ou desenergizar contatores, a partir da comutação de seus contatos NA ou NF. Existem diversos modelos e podem variar quanto ao formato, cor, tipo de proteção do acionador, quantidade e tipos de contatos. BOTOERIAS E CHAVES MANUAIS BOTOERIAS E CHAVES MANUAIS BOTOERIAS E CHAVES MANUAIS Os contatores são chaves de operação não manual, sendo que seu acionamento é proveniente da ação eletromagnética. Os contatos NA ou NF do contator são acionados quando a bobina (eletromagnética) é energizada, assim o contato permanecem na nova posição apenas durante o tempo em que a bobina está energizada, quando a bobina é desernergizada os contatos retornam em seu estado normal. Os contatores são chaves que possibilitam o acionamento de motores á distância, aumentando a segurança durante o processo do acionamento do motor. CONTATORES CONTATORES CONTATORES CONTATORES CONTATORES * A categoria AC – 3 pode ser usada para regimes intermitentes ocasionais por um período de tempo limitado como em set-up de máquinas; durante tal período de tempo limitado o número de operações não pode exceder 5 por minuto ou mais que 10 em um período de 10 minutos. Para realizar o dimensionamento de contatores devem ser observadas a categoria de emprego (regime de emprego) e a corrente nominal de operação da carga a ser acionada. Exemplo: WEG DIMENSIONAMENTO DE CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE CONTATORES Exemplo: WEG DIMENSIONAMENTO DE CONTATORES Exemplo: SIEMENS Exemplo: Determine o contator necessário para acionar o motor WEG de 5 CV, alimentação trifásica 220V/60Hz, IV pólos em condições de partida direta e regime AC-3: In = 13,8A DIMENSIONAMENTO DE CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE CONTATORES PARTIDA DIRETA PARTIDA ESTRELA - TRIÂNGULO PARTIDA ESTRELA - TRIÂNGULO PARTIDA COMPENSADORA PARTIDA COMPENSADORA DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES 1 - Dimensionar os dispositivos de proteção e comando (fusível, relé térmico, disjuntor motor e contator) para um motor de 75CV IV pólos 380V – 60Hz (Tabela WEG)com tempo de partida em 10s em regime AC3. DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES 2 - Dimensionar os dispositivos de proteção e comando (fusível, relé térmico, disjuntor motor e contator) do exercício anterior considerando o regime AC4 e tempo de partida de 10s . DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES DIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORESDIMENSIONAMENTO DE FUSÍVEIS, RELÉS TÉRMICOS, DISJUNTORES MOTORES E CONTATORES EXERCÍCIOS 1 - Dimensionar o fusível, o relé térmico e o(s) contator(es) para os seguintes dados de motores de IV pólos utilizando os componentes da WEG : A - Motor de 3CV, alimentação trifásica 220V e partida direta e regime AC -4, tempo de partida 5s. B - Motor de 5 CV, alimentação trifásica 220V e partida estrela- triângulo e regime AC -3, tempo de partida 6s. EXERCÍCIOS C - Motor de 10CV, alimentação trifásica 220V e partida com compensadora 65% e regime AC -3, tempo de partida 4s. D - Motor de 1,5CV alimentação trifásica 380V e partida direta e regime AC -3, tempo de partida 8s. E - Motor de 7,5CV alimentação trifásica 380V e partida estrela- triângulo e regime AC -4, tempo de partida 5s. EXERCÍCIOS F - Motor de 15CV, alimentação trifásica 380V e partida compensadora 85% e regime AC -4, tempo de partida 6s. G - Motor de 50CV, alimentação trifásica 220V e partida compensadora 80% e regime AC -3, tempo de partida 7s. H - Motor de 75CV, alimentação trifásica 380V partida compensadora 65% e regime AC -4, tempo de partida 8s, Ip/In. RELÉS TEMPORIZADORES Os Relés Temporizadores são dispositivos utilizados durante o processo do acionamento das partidas de motores. Sua utilização é bastante diversa e depende da aplicação desejada. Os relés temporizadores mais utilizados são o de retardo na energização (RE), o retardo de desenergização (RD), estrela-triângulo (Ү→Δ) e os relés cíclicos. RELÉS TEMPORIZADORES RELÉS TEMPORIZADORES RELÉS DE PROTEÇÃO São reles projetados para a verificação e monitoramento da tensão, são muito importantes em instalações por diversos motivos, como por exemplo a falta de fase, inversão de fase e subtensões que podem danificar um equipamento ocasionando graves prejuízos á empresa. RELÉS DE PROTEÇÃO SINALIZADORES VISUAIS E SONOROS São componentes utilizados para indicar o estado em que se encontra um painel de comando ou processo automatizado. As informações mais comuns fornecidas através destes dispositivos são : ligado, desligado, falha e emergência. Podem ser do Tipo Sonoro e/ou Visual. SINALIZADORES VISUAIS E SONOROS SIMBOLOGIAS DE COMANDO ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Funções principais do controle As funções principais do controle de um motor são: partida, parada, direção de rotação, regulação da velocidade, limitação da corrente de partida, proteção mecânica, proteção Elétrica, etc. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Partida Um motor só começa a girar quando o momento de carga a ser vencido, quando parado, for menor do que seu conjugado de partida. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Parada Em determinadas aplicações há necessidade de uma rápida desaceleração do motor e da carga. Ao ser desligado o motor da linha de alimentação utiliza-se um dispositivo de inversão de rotação com o motor ainda rodando. A parada ou desligamento do motor da rede efetua-se através de um relé impedindo-o de partir na direção contrária. No caso de motores síncronos emprega-se frenagem dinâmica. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Sentido de rotação A maior parte dos motores (exceto alguns, por exemplo: motores monofásicos, como o de pólo sombreado e o de repulsão) podem ser empregados nos dois sentidos de rotação dependendo apenas de um controle adequado. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Regulação da velocidade Os motores de C.A., exceto os universais, são máquinas de velocidade constante. Há, entretanto, possibilidade de serem religadas as bobinas do estator de um motor de indução, de tal maneira a duplicar o número de pólos e, desta forma, reduzir a velocidade à metade, onde os estatores podem ser construídos com dois enrolamentos independentes, calculados para o número de pólos que se deseja, conseguindo-se por meio de pólos reversíveis (variação de pólos) e com reduzido número de conexões variar a velocidade síncrona do motor. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Com motores de indução de rotor bobinado é possível obter-se qualquer velocidade desde zero até aproximadamente a velocidade de sincronismo, mediante a variação de uma simples resistência ligada ao bobinado do rotor, e que não implica em aquecimento do mesmo, pois, as perdas na resistência são externas ao motor. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Um outro método de regulação da velocidade dos motores de C.A., que permite obter no eixo uma velocidade que pode ir desde zero até o dobro da velocidade síncrona, é pelo conhecido sistema do rotor com comutador, através de decalagem das escovas. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Outra possibilidade de alteração de velocidade nos motores de indução é através do inversor de frequência, o qual possibilita o controle do motor CA variando a frequência, mas também realiza a variação da tensão de saída para que seja respeitada a característica V/F ( Tensão / Frequência) do motor. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Nos motores de corrente contínua, a velocidade pode ser regulada pela inserção de um reostato no circuito de campo, para proporcionar ajustes no fluxo. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Limitação da corrente de partida A ligação dos motores a uma rede elétrica pública deve observar as prescrições para este fim, estabelecido por norma. Normalmente, procura-se arrancar um motor a plena tensão a fim de se aproveitar ao máximo o binário de partida. Quando o arranque a plena tensão de um motor elétrico provoca uma queda de tensão superior à máxima admissível, deve-se recorrer a um artifício de partida com tensão reduzida, tendo porém o cuidado de verificar se o torque é suficiente para acionar a carga. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Há dois métodos para reduzir a tensão na partida: • Fornecer corrente à tensão normal, fazendo-se com que o motor, temporariamente, seja conectado à rede, com o enrolamento para uma tensão superior, empregando-se o sistema de partida em estrela-triângulo; • Fornecer corrente em tensão abaixo da normal por meio de resistências, indutâncias ou autotransformador. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Todos os sistemas de partida com tensão reduzida apresentam (em oposição à vantagem da redução da corrente) a desvantagem de que o momento ou conjugado de arranque reduz-se na proporção do quadrado da redução da tensão fornecida ao motor. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Proteção Mecânica Os motores devem ser protegidos tanto para a proteção do pessoal de serviço como contra influências prejudiciais externas para o próprio motor, devendo satisfazer aos requisitos de segurança, prevenção de acidentes e incêndios. A carcaça do motor serve para fixá-lo no local de trabalho e protegê-lo conforme o ambiente onde será instalado. É construída de maneira a englobar as diversas modalidades de proteção mecânica para satisfazer às exigências das normas, referentes às instalações e máquinas para as quais serão destinados os motores. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Basicamente, entretanto, as proteções mecânicas classificam-se em três categorias: à prova de pingos e respingos, totalmente fechados e à prova de explosão. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Proteção elétrica Como todo motor está sujeito a sofrer variações do ponto de vista elétrico, há, portanto, conveniência em protegê-lo. Em geral, as proteções principais necessárias são contra: curto-circuito, sobrecargas, baixa tensão, fase aberta, reversão de fase, defeitos internos etc. Os dispositivos de proteção fazem operar os mecanismos de desligamento no caso de existir uma predeterminada condição. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Diagramas Elétricos Os diagramas elétricos são desenhados, basicamente, desenergizados e mecanicamente não acionados. Quando um diagrama não for representado dentro desse princípio, nele devem ser indicadas as alterações. Os diagramas dividem-se em três grandes grupos para fins didáticos. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS DiagramaUnifilar Representação simplificada, geralmente unipolar das ligações, sem o circuito de comando, onde só os componentes principais são considerados. Em princípio todo projeto para uma instalação elétrica deveria começar por um diagrama unifilar. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Diagrama Multifilar É a representação da ligação de todos os seus componentes e condutores. Em contraposição ao unifilar, todos os componentes são representados, sendo que a posição ocupada não precisa obedecer a posição física real em que se encontram. Como ambos os circuitos, principal e auxiliar são representados simultaneamente no diagrama, não se tem uma visão exata da “função” da instalação, dificultando, acima de tudo a localização de uma eventual falha, numa instalação de grande porte. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Diagrama Funcional (Elementar) A medida que os diagramas multifilares foram perdendo a utilidade, foram sendo substituídos pelos funcionais. Este tipo de diagrama representa com clareza o processo e o modo de atuação dos contatos, facilitando a compreensão da instalação e o acompanhamento dos diversos circuitos na localização de eventuais defeitos. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Em comandos elétricos trabalhar-se-á bastante com um elemento simples que é o contato. A partir do mesmo é que se forma toda lógica de um circuito e também é ele quem dá ou não a condução de corrente. Basicamente existem dois tipos de contatos, listados a seguir: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Contato Normalmente Aberto (NA): não há passagem de corrente elétrica na posição de repouso. Desta forma, a carga não estará acionada. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Contato Normalmente Fechado (NF): há passagem de corrente elétrica na posição de repouso. Desta forma, a carga estará acionada. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Os citados contatos podem ser associados para atingir uma determinada finalidade, como por exemplo, fazer com que uma carga seja acionada somente quando dois deles estiverem ligados. As principais associações entre contatos são descritas a seguir. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Associação de contatos normalmente abertos: Basicamente existem dois tipos, a associação em série e a associação em paralelo. Nota-se que na combinação em série a carga estará acionada somente quando os dois contatos estiverem acionados. Já na combinação em paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Associação de contatos normalmente fechados: Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em série e paralelo. Nota-se que na associação de contatos NF uma é exatamente inversa a outra e, portanto, a associação em série de contatos NF permite que a carga seja acionada se ambos os contatos não forem pressionados. Da mesma forma na associação em paralelo a carga será desligada se ambos os contatos forem pressionados. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Conceitos básicos em circuitos de comandos elétricos: Para ler e compreender a representação gráfica de um circuito elétrico, é imprescindível conhecer os componentes básicos dos comandos elétricos e também suas finalidades. Alguns destes elementos são descritos a seguir. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Selo: O contato de selo é sempre ligado em paralelo com o contato de fechamento da botoeira. Sua finalidade é de manter a corrente circulando pelo contator, mesmo após o operador ter retirado o dedo da botoeira. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Intertravamento: Processo de ligação entre os contatos auxiliares de vários dispositivos, pelo qual as posições de operação desses dispositivos são dependentes umas das outras. Através do intertravamento, evita-se a ligação de certos dispositivos antes que os outros permitam essa ligação. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Circuito paralelo ao intertravamento: No caso de um intertravamento entre contatos, o contato auxiliar de selo, não deve criar um circuito paralelo ao intertravamento, caso este onde o efeito de segurança seria perdido. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Ligação condicionada: Um contato NA do contator K2, antes do contator K1, significa que K1 pode ser operado apenas quando K2 estiver fechado. Assim condiciona-se o funcionamento do contator K1 ao contator K2. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Proteção do sistema: Os contatos auxiliares dos relés de proteção contra sobrecarga, por exemplo, e as botoeiras de desligamento devem estar sempre em série. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Intertravamento com botoeiras: O intertravamento, também pode ser feito através de botoeiras. Neste caso, para facilitar a representação, recomenda-se que uma das botoeiras venha indicada com seus contatos invertidos. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS LAYOUT DE MONTAGEM: O Layout de montagem constituem um documento importante para orientar a montagem, localização e reparação de falhas em todos os equipamentos que constituem uma instalação elétrica. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
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